Преобразователь параметров трехэлементных двухполюсных цепей в код

Преобразователь параметров трехэлементных двухполюсных цепей в код

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 190380 (21) 2894920/18-21 с присоединением заявки Мо—

Р1РМ К з

Н 03 К 13/20

Государственный комитет

С.С С P по делам изобретений и открытий (23) Приоритетt$>) УДК 681. 325 (088. 8) Опубликовано150 1,82. Бюллетень М 2

Дата опубликования описания 15.0182 (72) Авторы изобретения

А.И.Мартяшин, А.В.Светлов, Б,В.Цыпин и В (71) Заявитель

Пензенский политехнический институт (54 ) . ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ТРЕХЭЛЕМЕНТНЫХ

ДВУХПОЛЮСНЫХ ЦЕПЕЙ В КОД

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано при построении преобразователей параметров пассивных двухполюсников, например, при измерении параметров полупроводниковых структур, в диэлькометрии или кондуктометрии.

Известен преобразователь параметров трехэлементных двухполюсников (1).

Недостатком этого преобразователя является низкое быстродействие, сложность, обусловленная необходимостью применения нескольких контуров уравновешивания и нуль-индикатора модуляции.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является преобразователь параметров трехэлементных двухполюсных цепей в код, содержащий исследуемый двухполюсник, включенный между выходом формирователя опорного напряжения и входом усилителя постоянного тока, в цепь отрицательной обратной связи которого включен опорный элемент, преобразователь мгновенного значения напряжения в код, первый ключ, подключенный к выходу усилителя постоянного тока, функциональный преобразователь постоянного напряжения в код, второй ключ, выход которого соединен со входом функционального

5 преобразователя постоянного напряжения в код, управляющий вход - с выходом узла задержки, дифференциатор, вход которого соединен с выходом усилителя постоянного тока, преобразователь напряжения в код, выполненный в виде двух элементов сравнения, первые входы которых подключены к выходу источника постоянных опорных напряжений, а выходы через триггер — ко входу преобразователя временного интервала г код (23.

Недостатком указанного устройства является высокая погрешность измерения емкости, которая обусловлена тем,что о ее значении судят по измерению мгновенного значения выходного напряжения усилителя постоянного тока в момент подачи скачка постоянного напряжения на вход измерительной цепи, а измерения подобного рода всегда сопряжены с большими случайными погрешностями.

Цель изобретения — повышение точности. ,Для достижения указанной цели в преобразователь параметров трехэле898611 ментных двухполюсных цепей в код, содержащий исследуемый двухполюсник, включенный межцу выходом формирователя опорного напряжения и входом усилителя постоянного тока, в цепь отрицательной обратной связи которого включен опорный элемент, преобразователь мгновенного значения напряжения в код, первый ключ, подключенный к выходу усилителя постоянного тока, функциональный преобразователь постоянного напряжения в код, второй ключ, выход которого соединен со входом функционального преобразователя постоянного напряжения в коц, управляющий вход — с выходом узла задержки, дифференциатор, вход которого соединен с выходом усилителя постоянного тока, преобразователь напряжения в код, выполненный в виде двух элементов сравнения, первые входы которых подключены к выходу источника постоянных опорных напряжений, а выходы через. триггер — ко входу преобразователя временного интервала в код, введены дополнительный ключ, генератор импульсов, делитель и счетчик импульсов, формирователь тактовых импульсов, элемент деления кодов, узел усреднения, вычитатель напряжений, причем выход дифференциатора через допол ительный ключ соединен со вторыми входами двух элементов сравнения, первый управляющий вход дополнительного ключа соединен с выходом узла задержки, а второй управляющий вход — со входом узла задержки и через делитель импульсов с первым выходом счетчика импульсов, вход которого соединен с выходом генератора импульсов и первым входом формирователя опорного напряжения, второй вход которого соединен со вторым выходом счетчика импульсов и со входом формирователя тактовых импульсов, второй вход которого соединен с выхоцом генератора, а выход— с управляющим входом первого ключа, выход которого подключен через узел усреднения ко входу преобразователя мгновенного значения напряжения в код и к первому входу вычитателя напряжений, второй вход которого соединен с выходом усилителя постоянного тока, а со входом второго ключа, выход функционального преобразователя постоянного напрях<ения в код соединен с первым входом элЕмента деления кодов, второй вход кото р oro соединен с выходом преобразователя временного интервала в

КОД е

На фиг.1 изобрахсена структурная схема преобразователя; на фиг.2 временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя.

Преобразователь содержит формирователь 1 опорного напряжения, исследуемый двухполюсник 2, представляющий задержки, элементы сравнения 16 и 17, источник 18 постоянных опорных напряжений, триггер 19, преобразователь 20 временного интервала в код, ключ 21, функциональный преобразователь 22 постоянного напряжения в код, элемент 23 деления кодов.

20 По сигналу "Пуск" запускается ге нератор 8 импульсов и начинает работать формирователь 1 опорного напря25

60 собои параллельное соединение конденсатора емкостью С„ и последователь ной цепи, состоящей из резистора, имеющего сопротивление R, и конденсатора емкостью С, усилитель 3 постоянного тока, опорный элемент 4, величина емкости которого равна С, ключ 5, формирователь 6 тактовых импульсов, счетчик 7 импульсов, генератор 8 импульсов, узел 9 усреднения, вычитатель 10 напряжений, преобразователь 11 мгновенного значения напряжения в код, делитель 12 импульсов, дифференциатор 13, ключ 14, узел 15 жения и формирователь 6 тактовых импульсов.

Формирователь 1 формирует импульсную последовательность, которая представляет собой чередование импульсов частоты Г, скважности, равной двум, и частоты

Применение такого вида воздействия позволяет за один цикл преобразования измерить параметры Сn, R, и N раз измерить параметр С „, где постоянная времени исследуемой цепи.

В момент „ подачи скачка постоянного напря><ения, имеющего изображес|., ние Н- (S) = —., где 0 — значение амплитуды скачка, выходное напряжение усилителя 3 постоянного тока в момент t определяется значением ем1 кОсти С л

Это напряжение выделяется ключом

5, который открывается на время действия импульса от формирователя 6 тактовых иМпульсов, работой которого управляет счетчик 7 импульсов и генератор 8 импульсов. С выхода ключа

5 напряжение U (t.) поступает на узел

9 усреднения, где оно запоминается.

При подаче в момент t1 следующего скачка постоянного напряжения, на узел 9 усреднения поступает напряжение U (t 1), где оно суммируется с 01(t,), и результат запоминается.

Так продолх<ается до момента времени

t>, после чего с выхода узла 9 усреднения снимается напряжение

U,„„(t )= — 2:, U„(t„), 1= А т.е. среднее значение мгновенных напряжений, определяемых значением параметра С 1.

89 8611

С k 1„001

Nw

И3 k 100

00п

N =-k

uon f1 формула изобретения о

0„(tq) = — С с

65

Это напряжение подается на один из нходов вычитателя 10 напряжений и на преобразователь 11 мгновенного значения напряжения в код, на его выходе получаем код N = — К,С,, о где К вЂ” коэффициент преобразования преобразователя 11 мгновенного значения напряжения в код, который несет информацию о значении параметра С.„ исследуемого двухполюсника.

При подаче скачка постоянного напряжения в момент времени to тактовый импульс от делителя 12 импульсов поступает на управляющий вход ключ

14 и на вход узла 15 задержки.

Через открытый ключ 14 продифференцированное дифференциатором 13 вы- 15 ходное напряжение усилителя 3 постоянного тока, имеющее вид

u„(t,)= (с,+с )е

20 подается на один из входов двух элементов сравнения 16 и 17, на вторые нходы которых поступают постоянные опорные напряжения 0 >, и 00п с ныходов источника 18 постоянных опорных напряжений.

B моменты равенства экспоненциального выходного напряжения дифференциатора 13 с опорным напряжением последовательно срабатывают элементы сравнения 16 и 17, выдавая сигналы на триггер 19.

Выделенный таким образом интервал времени, пропорциональный времени исследуемой цепи

0on 35 дт=1 и

0оп преобразуется в код преобразователем 20 временного интервала н код где k — коэффициент преобразования преобразователя 20 временного интервала в код.

В момент времени t>c, =to t3 где

t3ъ) б i, (т.е. после практического окончания переходного процесса в измерительной цеги), импульс с выхода узла 15 задержки длительностью ь t закрывает ключ 14 и открывает на время дейстния ht ключ 21.

В установившемся режиме ныходное напряжение усилителя 3 постоянного тока, которое определяется суммой параметров С и С

0 (й ) = — (C„+C ), тюступает на вход вычитателя 10 напряжений, на другой вход которого подается напряжение, пропорциональное параметру С, с выхода узла 9 усреднения

Выходное напряжение вычитателя

10 напряжении, пропорциональное значению параметра Сп поступает через открытый ключ 21 йа вход функционального преобразователя 22 постоянного напряжения в код, на выходе которого получаем код 1 3

0, Со Э где k3 — коэффициент преобразования функционального преобразователя 22 постоянного напряжения в код.

Для определения параметра R исслеДуемого двухполюсника коды М1 и N 3 поступают на элемент 23 деления кодов и результат, получающийся на выходе . несет информацию о параметре R исследуемого двухполюсника.

Путем использования предлагаемого преобразования, включающего многократное воздействие на исследуемый» двухполюсник за один цикл преобразования и дальнейшее усреднение многократно получаемых мгновенных значений выходного напряжения усилителя постоянного тока, получаем, что погрешность преобразования по параметру С, снижается в N раз без снижения н И раз быстродействия по сравнению с известным представителем.

Поскольку параметр С участнует в определении значения параметрон С0 и R, то соответственно снижается погрешность преобразования и по этим < параметрам.

Преобразователь параметров трех элементных двухполюсных цепей в код, содержащий исследуемый двухполюсник, включенный между выходом формирователя опорного напряжения и входом усилителя постоянного тока, в цепь отрицательной обратной связи которого включен опорный элемент, преобразователь мгновенного значения напряжения в код, первый ключ, подключенный к выходу усилителя постоянного тока, функциональный преобразователь постоянного напряжения в код, второй ключ, ныход которого соединен со входом функционального преобразователя постоянного напряжения в кодг Управ ляющий вход — с выходом узла задержки дифференциатор, вход которого соединен с выходом усилителя постоянного тока, преобразонатель напряжения в код, выполненный н виде двух элементов сравнения, первые входы которых подключены к выходу источника по стоянных опорных напряжений, а выхоДы через триггер — ко входу преобра898611 зователя временного .интервала в код, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены дополнительный ключ, генератор импульсов, делитель и счетчик импульсов, формирователь тактовых импульсов, элемент деления кодов, узел усреднения, вычитатель напряжений, причем выход дифференциатора через дополнительный ключ соединен со вторыми входами двух элементов сравнения, первый управляющий вход дополнительногo ключа соединен с выходом узла задержки, а второй управляющий вход — co входом узла задержки и через делитель импульсов с первым выходом счетчика импульсов, вход которого соединен с выходом генератора импульсов и первым входом формирователя опорного напряжения, второй вход которого соединен со вторым выходом счетчика импульсов и со входом формирователя тактовых импульсов, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход — c управляющим входом первого ключа, выход которого подключен через узел усреднения ко входу преобразователя мгновенного значения напряжения в код и к первому входу вычитателя напряжений, второй вход которого соединен с выходом усилителя постоянного тока, а выход соединен со входом второго ключа, выход функционального преобразователя постоянного напряжения в код соединен с первым входом элемента деления кодов, второй вход которого соединен с выходсм преобразователя временного интервала в код.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

,Ð 566205, кл. Н 03 К 13/20, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

9 490266, кл. Н 03 К 13/20, 1975 (прототип).

898611

Заказ 11974/75

Тираж 953 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, N-35, Раушская наб., д, 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель В, Махнанов

Редактор Т.Веселова Техред С. Мигунова Корректор 9 Макаренко